(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の燃焼体の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナと、該表面燃焼バーナの外周側に配置されたラジアントチューブと、該ラジアントチューブから延設され上記表面燃焼バーナからの排気ガスを導出する伝熱管とを備えたラジアントチューブバーナであって、
上記表面燃焼バーナは、筒部の外周側面に複数のガス流出孔を備えた上記燃焼体と、
一次空気と燃焼ガスとを混合した混合ガスを流通すると共に上記燃焼体の内側に上記混合ガスを供給するガスパイプと、
上記燃焼体の先端外部に配され空気噴出口を備えた空気ノズルと、
該空気ノズルに二次空気を供給する空気パイプとを備えており、
上記空気ノズルの上記空気噴出口から上記二次空気を噴出するよう構成してあることを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のラジアントチューブバーナにおいて、上記伝熱管の内径は、上記ラジアントチューブの内径に比べて小さいことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面燃焼バーナを用いたラジアントチューブバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
浸炭などの工業用間接加熱に用いられるバーナとしては、ラジアントチューブバーナが知られている。ラジアントチューブバーナは、バーナを燃焼させることにより、バーナの外周側に配されたラジアントチューブを加熱し、ラジアントチューブからの輻射伝熱及び対流伝熱によって被加熱物を加熱するものである。ラジアントチューブバーナに用いられるバーナとしては、バーナの内部に配されたガスパイプ及び空気パイプにそれぞれ燃焼ガスと燃焼空気と通流させ、バーナ先端部において噴出される燃焼ガスと燃焼空気とを混合し燃焼させる先混合型のバーナが主流となっている（特許文献１）。
【０００３】
近年、環境保全のため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量のさらなる削減が可能なラジアントチューブバーナの開発が求められている。
低ＮＯｘ化が可能なバーナとしては、表面燃焼バーナが挙げられる。この表面燃焼バーナは、筒状に形成した燃焼体に、燃焼ガスと燃焼空気とを予め混合した混合ガスを供給し、燃焼体の表面において火炎を分散させて燃焼させるよう構成されている。このように燃焼体の表面に火炎を分散させ、火炎の燃焼温度を低下させることにより、ＮＯｘの排出量を削減することができる。したがって、表面燃焼バーナをラジアントチューブバーナに用いることにより、ラジアントチューブバーナの低ＮＯｘ化を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した表面燃焼バーナを用いたラジアントチューブバーナには以下の問題点がある。
表面燃焼バーナを用いたラジアントチューブバーナは、従来用いられている先混合型のバーナに比べて、着火性及び保炎性が低下しやすい。すなわち、ラジアントチューブバーナ内において表面燃焼バーナに着火した際に、ラジアントチューブ内の圧力が瞬間的に上昇する。この圧力上昇により、燃焼体の表面に供給される燃焼ガスの流量が低下することで、燃焼ガスの希薄化が生じ着火性及び保炎性が低下する。
【０００６】
また、ラジアントチューブバーナおいては、燃焼時に生じる排気ガスの対流熱を加熱に用いるためにラジアントチューブの先端に伝熱管を延設する場合がある。このとき、伝熱管の加熱効率をより向上するには、伝熱管の内径を小径化して排気ガスの流速を上昇させたり、伝熱管の表面積を拡大することが効果的であり、種々の形状の伝熱管が用いられている。この伝熱管の形状によっては、ラジアントチューブバーナにおける圧力損失が増大する場合がある。このように圧力損失が増大した場合、着火時におけるラジアントチューブ内の圧力がより上昇しやすくなるため、さらに表面燃焼バーナの着火性及び保炎性が低下しやすい。
【０００７】
本発明は、上述の背景に鑑みてなされたものであり、表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保すると共に燃焼ガスを完全燃焼させることのできるラジアントチューブバーナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、筒状の燃焼体の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナと、該表面燃焼バーナの外周側に配置されたラジアントチューブと、該ラジアントチューブから延設され上記表面燃焼バーナからの排気ガスを導出する伝熱管とを備えたラジアントチューブバーナであって、
上記表面燃焼バーナは、筒部の外周側面に複数のガス流出孔を備えた上記燃焼体と、
一次空気と燃焼ガスとを混合した混合ガスを流通すると共に上記燃焼体の内側に上記混合ガスを供給するガスパイプと、
上記燃焼体の先端外部に配され空気噴出口を備えた空気ノズルと、
該空気ノズルに二次空気を供給する空気パイプとを備えており、
上記空気ノズルの上記空気噴出口から上記二次空気を噴出するよう構成してあることを特徴とするラジアントチューブバーナにある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
上記ラジアントチューブバーナは、上記燃焼体の先端に配され上記二次空気を噴出する上記空気噴出口を備えた上記空気ノズルと、該空気ノズルに上記二次空気を供給する上記空気パイプとを備えており、上記二次空気を上記空気ノズルの上記空気噴出口から噴出するよう構成してある。これにより、上記ラジアントチューブバーナにおける上記表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、上記燃焼ガスを完全燃焼させることができる。
【００１０】
すなわち、上記ラジアントチューブバーナにおいては、上記混合ガスの空気比を低下させることにより、上記表面燃焼バーナの着火時に上記ラジアントチューブ内に圧力の上昇が生じた場合においても上記表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保することができる。一方、上記燃焼体の表面で空気比を低下させた混合ガスを燃焼させると、酸素不足による不完全燃焼が生じる。そのため、上記表面燃焼バーナの燃焼により生じる一次排気ガスには、未燃の上記燃焼ガスや一酸化炭素が含まれることとなる。
【００１１】
ここで、上記ラジアントチューブバーナは、上記のごとく構成された上記空気ノズルを有しているので、上記表面燃焼バーナの先端外部において、上記一次排気ガスに上記二次空気を供給することができる。これにより、上記一次排気ガスには、該一次排気ガスに含まれる未燃の上記燃焼ガス及び一酸化炭素を燃焼させるために必要な量の酸素が供給される。そのため、上記一次排気ガスに含まれる未燃の上記燃焼ガス及び一酸化炭素を燃焼させ、上記ラジアントチューブバーナにおいて完全燃焼を行うことができる。
【００１２】
このように、上記ラジアントチューブバーナにおいては、表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、燃焼ガスを完全燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、ラジアントチューブバーナを示す説明図。
【図２】実施例１における、ラジアントチューブバーナの要部断面図。
【図３】実施例１における、ラジアントチューブバーナを備えた熱風発生器を示す説明図。
【図４】実施例１における、空気ノズルを示す説明図（Ａ−Ａ線矢視断面図）。
【図５】燃焼ガス調整手段を備えたラジアントチューブバーナを示す断面図。
【図６】燃焼体の形状例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記ラジアントチューブバーナにおいて混合ガスの空気比とは、混合ガスに含まれる一次空気の量をＶ１（ｍ３／ｈ）とし、混合ガスに含まれる燃焼ガスを完全燃焼させるために必要な理論空気量をＶ０（ｍ３／ｈ）として、Ｖ１／Ｖ０により求められる値を示すものである。
また、ラジアントチューブバーナ全体の空気比とは、上記空気ノズルから噴出される二次空気の量をＶ２（ｍ３／ｈ）として、（Ｖ１＋Ｖ２）／Ｖ０により求められる値を示すものである。
【００１５】
また、上記伝熱管の内径は、上記ラジアントチューブの内径に比べて小さくしてもよい（請求項２）。この場合には、上記伝熱管の内側を流通する排気ガスの流速を上昇させ、上記伝熱管における熱伝達効率を向上することができる。また、上記伝熱管をストレート形状ではなく、曲げ、あるいは螺旋状に巻回した形状を容易に採用することができる。これにより、上記伝熱管の全長を長くして表面積を拡大しつつ、全体の配置スペースを低減すると共にその表面積を拡大しやすい。その反面、上記伝熱管における圧力損失が大きくなりやすく、着火性及び保炎性が低下しやすい。そのため、上記伝熱管の内径を上記ラジアントチューブの内径に比べて小さくする場合には、上記構造のラジアントチューブバーナを用いることが非常に有効であり、着火性及び保炎性を確保しつつ、上記伝熱管の熱伝達効率を向上することができる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
ラジアントチューブバーナにかかる実施例について、図１〜図４を参照して説明する。
ラジアントチューブバーナ１は、図１に示すごとく、筒状の燃焼体１２の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナ１０と、該表面燃焼バーナ１０の外周側に配置されたラジアントチューブ２と、該ラジアントチューブ２から延設され表面燃焼バーナ１０からの排気ガスを導出する伝熱管３（図３）とを備えている。表面燃焼バーナ１０は、筒部１２１の外周側面に複数のガス流出孔１２２を備えた燃焼体１２と、一次空気Ａ１と燃焼ガスＧ１とを混合した混合ガスＧｍを流通すると共に燃焼体１２の内側に混合ガスＧｍを供給するガスパイプ１３とを備えている。また、表面燃焼バーナ１０は、燃焼体１２の先端外部に配され空気噴出口１４２を備えた空気ノズル１４と、空気ノズル１４に空気を供給する空気パイプ１５とを備えており、空気ノズル１４の空気噴出口１４２から二次空気Ａ２を噴出するよう構成されている。
【００１７】
以下、本例のラジアントチューブバーナ１について、さらに詳細に説明する
本例において、表面燃焼バーナ１０の空気ノズル１４を配した側を先端側と定義し、その反対側を基端側と定義する。
また、伝熱管３において、ラジアントチューブ２と連結された端部側を上流側と定義し、その反対側を下流側と定義する。
【００１８】
本例のラジアントチューブバーナ１は、液槽加熱装置（図示略）に用いられるものである。
ラジアントチューブバーナ１は、図１に示すごとく、燃焼体１２の表面において燃焼を行う表面燃焼バーナ１０と、表面燃焼バーナ１０の外周側に配置されたラジアントチューブ２と、ラジアントチューブ２から延設され表面燃焼バーナ１０からの二次排気ガスＥ２を導出する伝熱管３とを備えている。
【００１９】
表面燃焼バーナ１０は、表面燃焼バーナ１０を液槽加熱装置の液槽壁部５に固定するバーナ固定部１１と、混合ガスＧｍを流通するガスパイプ１３と、円筒状に形成された燃焼体１２と、燃焼体１２の先端に配された空気ノズル１４と、空気ノズル１４へと空気を供給する空気パイプ１５とを備えている。
【００２０】
バーナ固定部１１は、円板状をなしており、その中央にガスパイプ１３を挿通固定してある。また、バーナ固定部１１におけるガスパイプ１３の外周側の位置には、混合ガスＧｍに着火する着火プラグ１６と燃焼体１２の燃焼状態を検出するフレームロッド１７とを挿通固定してある。また、バーナ固定部１１は同一円周上に形成された複数の固定ボルト挿通穴（図示略）を有しており、液槽加熱装置における液槽壁部５に配された固定ボルト（図示略）を挿通可能に構成されている。
【００２１】
ガスパイプ１３は、円筒状をなしており、その内側に挿通された空気パイプ１５との間に形成された空間に、混合ガスＧｍを流通するよう構成されている。ガスパイプ１３の基端側には、ガス供給配管１３１と連結されたガス流入部１３２を配してある。また、ガスパイプ１３の外周には、円筒状の燃焼体１２を配してあり、燃焼体１２と対向する外周側面には複数のガス供給孔１３３が形成されている。
【００２２】
燃焼体１２は、繊維状の耐熱合金を編み合せたメタルニットを円筒状に形成してなる。燃焼体１２をなすメタルニットは、繊維状の耐熱合金の間に形成された隙間を備えている。この隙間はメタルニット全体に形成されており、ガスパイプ１３により供給される混合ガスＧｍを燃焼体１２の外周面へと流出させるガス流出孔１２２をなしている。メタルニットの素材としては、ステンレス合金等の種々の耐熱合金を用いることができる。燃焼体１２は、ガスパイプ１３の先端からガスパイプ１３の約４分の３を覆うように配されている。
【００２３】
図１に示すごとく、ガスパイプ１３の内側には、空気パイプ１５が挿通配置されており、空気パイプ１５の先端には、空気ノズル１４が配されている。
空気ノズル１４は、図２に示すごとく、ガスパイプ１３と略同一の直径からなるノズル円筒部１４１と、ノズル円筒部１４１の両端に配された開口部を覆う蓋部１４３とを備えている。基端側に配された蓋部１４３には、空気パイプ１５と連通する連通口１４４が形成されており、空気パイプ１５を流通する空気を空気ノズル１４へと流入可能に構成されている。
【００２４】
また、ノズル円筒部１４１は、図４に示すごとく、その外周側面の法線方向に沿って形成された８つの空気噴出口１４２を有している。ノズル円筒部１４１の軸線方向から見たとき、隣り合う空気噴出口１４２の軸線が互いに４５°の角度をなすように等間隔に形成されている。これにより、空気パイプ１５から空気ノズル１４の内側に流入する二次空気Ａ２を、空気噴出口１４２から燃焼体１２の軸方向と垂直な方向に向かって噴出させることができる。尚、空気ノズル１４の形状及び空気噴出口の形状及び配置は、これに限るものではない。
【００２５】
図１に示すごとく、表面燃焼バーナ１０の外周側には、ラジアントチューブ２を配してある。ラジアントチューブ２は、円環状のチューブ固定部２１と、チューブ固定部２１の下面から立設した円筒状のチューブ本体部２０とを備えている。チューブ固定部２１は、液槽壁部５の固定ボルト（図示略）に対応した位置に形成された固定ボルト挿通穴（図示略）を備えている。チューブ本体部２０は、表面燃焼バーナ１０の外周に配された大径部２２と、表面燃焼バーナ１０の先端側の位置に配され、かつ大径部２２よりも直径の小さい小径部２３とを備えている。大径部２２と小径部２３との間は、小径部２３に向かって徐々に縮径するように形成されたテーパ部２４によって連結されており、小径部２３の先端側には伝熱管３が連結されている。尚、本例においては、小径部２３の内径を１インチとし、大径部２２の内径を２インチとした。
【００２６】
伝熱管３は、図３に示すごとく、ラジアントチューブ２の軸線方向に沿って延設された上流側直管部３１と、上流側直管部３１に対して直角に形成された屈曲部３３と、屈曲部３３の下流側端部から上方に向かって延設された下流側直管部３２とを備えている。また、伝熱管３の内径は、ラジアントチューブ２の小径部２３の内径と同様に１インチとしてある。
【００２７】
上記のごとく、構成されたラジアントチューブバーナ１において、燃焼を行う際には、表面燃焼バーナ１０のガスパイプ１３に混合ガスＧｍを流入させると共に、空気パイプ１５に空気を流入させる。尚、本例のラジアントチューブバーナ１においては、例えば混合ガスＧｍの空気比を０．７〜１未満の範囲に設定し、ラジアントチューブバーナ１全体の空気比を１．２〜１．４の範囲に設定することができる。
【００２８】
図１に示すごとく、ガスパイプ１３に流入した混合ガスＧｍは、その内側を流通し外周側面に形成されたガス供給孔１３３から燃焼体１２の内側へと供給される。そして、混合ガスＧｍは、燃焼体１２をなすメタルニットにおける金属繊維の間に形成された隙間からなるガス流出孔１２２を通り燃焼体１２の表面へと流出する。ガス流出孔１２２から流出した混合ガスＧｍは、着火プラグ１６によって着火された後、燃焼体１２の表面において火炎を形成し燃焼する。このとき、表面燃焼バーナ１０に生じる輻射熱は、ラジアントチューブ２を介して液槽加熱装置内の被加熱流体へと伝達される。
【００２９】
図１及び図２に示すごとく、表面燃焼バーナ１０の燃焼により生じた未燃の燃焼ガスＧ１や一酸化炭素を含む一次排気ガスＥ１は、空気パイプ１５を流通し空気ノズル１４から噴出される二次空気Ａ２と混合される。これにより、一次排気ガスＥ１に酸素が供給され一次排気ガスＥ１に含まれる未燃の燃焼ガスＧ１や一酸化炭素が再度燃焼し、空気ノズル１４の先端側に火炎Ｈが形成される。これにより、ラジアントチューブ２内において完全燃焼が行われ、二次排気ガスＥ２が発生する。二次排気ガスＥ２は伝熱管３の内側を流通しながら、液槽加熱装置内の被加熱空気と熱交換をすることで被加熱空気を加熱し排気される。
【００３０】
本例のラジアントチューブバーナ１は、上記のごとく、燃焼体１２の先端に配され二次空気Ａ２を噴出する空気噴出口１４２を備えた空気ノズル１４と、空気ノズル１４に二次空気Ａ２を極給する空気パイプ１５とを備えており、二次空気Ａ２を空気ノズル１４の空気噴出口１４２から噴出するよう構成してある。これにより、混合ガスＧｍの空気比を低下させラジアントチューブバーナ１における表面燃焼バーナ１０の着火性及び保炎性を確保しながら、ラジアントチューブバーナ１において燃焼ガスＧ１を完全燃焼させることができる。
【００３１】
また、伝熱管３の内径は、ラジアントチューブ２の内径に比べて小さくしてある。そのため、伝熱管３の内側を流通する２次排気ガスＥ２の流速を上昇させ、伝熱管３における熱伝達効率を向上することができる。また、本例に示した伝熱管３の形状以外にも、曲げ形状や、螺旋状に巻回した形状を容易に採用することができる。これにより、伝熱管３の全長を長くして表面積を拡大しつつ、全体の配置スペースを低減すると共にその表面積を拡大しやすい。その反面、伝熱管３における圧力損失が大きくなりやすく、着火性及び保炎性が低下しやすい。そのため、伝熱管３の内径をラジアントチューブ２の内径に比べて小さくする場合には、上記構造のラジアントチューブバーナ１を用いることが非常に有効であり、着火性及び保炎性を確保しつつ、伝熱管３の熱伝達効率を向上することができる。
【００３２】
また、燃焼体１２は、金属繊維を編んで形成されたメタルニットによって形成されている。メタルニットは柔軟な素材であり、容易に変形させることができる。そのため、筒状の燃焼体１２を容易に形成することができる。
【００３３】
また、混合ガスＧｍの空気比は、０．７〜１．０未満の範囲内となるように設定し、ラジアントチューブバーナ１全体の空気比は、１．２〜１．４の範囲内となるように設定してある。そのため、ラジアントチューブバーナ１において着火性及び保炎性を確実に確保すると共に、ラジアントチューブバーナ１において燃焼ガスＧ１を確実に完全燃焼させることができる。
【００３４】
上記のごとく本例に示すラジアントチューブバーナによれば、表面燃焼バーナの着火性及び保炎性を確保しつつ、燃焼ガスを完全燃焼させることができる。
【００３５】
また、実施例１のラジアントチューブバーナ１においては、混合ガスＧｍの空気比を一定に設定したが、燃焼状態に応じて混合ガスＧｍの空気比を調整する燃焼ガス調整手段４を設けることもできる。
具体的な例として、内側に燃焼ガスＧ１を流通すると共にガスパイプ１３と合流する補助ガスパイプ４１と、補助ガスパイプ４１を開閉するための開閉弁４２とを備えるラジアントチューブバーナ１を図５に示す。
【００３６】
図５のラジアントチューブバーナ１において表面燃焼バーナ１０の着火時には、混合ガスＧｍの空気比を０．７〜０．８の範囲内とし、表面燃焼バーナ１０に着火した後には、燃焼ガスＧ１の流量を減らして混合ガスＧｍの空気比を０．８超〜１．０の範囲内Ｈへと変化させることができる。そして、開閉弁４２を閉状態とした後の燃焼ガスＧ１の流量に対するラジアントチューブバーナ１全体の空気比は、１．２〜１．４の範囲内となるように設定することができる。この場合には、着火時と燃焼時とにおいて混合ガスＧｍの空気比を最適な数値とすることができる。
尚、燃焼ガス調整手段は、上述の構造に限定するものではなく、混合ガスにおける空気比を変化させる種々の構造を用いることができる。
【００３７】
また、上述した実施例１に示したラジアントチューブバーナ１においては、表面燃焼バーナ１０の燃焼体１２をメタルニットにより構成したが、これに限るものではない。例えば、セラミック等からなる多孔体や、パンチングメタル等により構成することができる。
また、燃焼体１２の形状は実施例１に示した円筒形状に限るものではない。例えば、図６に示すごとく、略円錐筒形状としてもよいし、多角形断面からなる角筒形状としてもよい。
【００３８】
また、本例においては、ラジアントチューブバーナ１を液槽加熱装置に用いたが、これに限るものではなく、熱風発生器等、種々の装置の熱源として用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  ラジアントチューブバーナ
１０  表面燃焼バーナ
１２  燃焼体
１２１  筒部
１２２  ガス流出孔
１３  ガスパイプ
１４  空気ノズル
１４２  空気噴出口
１５  空気パイプ
２  ラジアントチューブ
３  伝熱管
Ａ１  一次空気
Ａ２  二次空気
Ｇｍ  混合ガス
Ｇ１  燃焼ガス
【図１】
0005687163.tif 000002
【図２】
0005687163.tif 000003
【図３】
0005687163.tif 000004
【図４】
0005687163.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005687163.tif 000007